第二章地球大氣本章內容

大氣的組成

大氣的鉛直結構

大氣的物理性質第一節大氣的組成

干潔大氣（即干空氣）水汽懸浮在大氣中的固液態雜質一、干潔大氣

地球大氣由三個部分組成:

干潔大氣的定義及其成分變化：

定義：

除去水汽及其他懸浮在大氣中的固、液體質粒以外的整個混合氣體。

成分變化：0~90km，主要成分和含量比例基本保持不變。90km以上，氮稍有減少,氧稍有增多,氬和二氧化碳明顯減少,其中氧分子和氮分子開始離解

。

各種成分介紹：

各成分總體狀況：表2-1干潔大氣的成分（高度25km以下）氣體成分所占體積（%）臨界溫度（℃）臨界壓強（大氣壓）氮78.08-147.233.5氧20.95-118.940.7氬0.93-122.048.0二氧化碳0.03231.073.0臭氧0.00006-5.092.3干潔大氣100-140.737.2

氮氣（N2）：

存在方式：以蛋白質的形式存在于有機體中。

作用：是有機體的基本組成部分，也是合成氮肥的基本原料。

氧氣（O2）：

作用：

是人類和動植物維持生命活動的極為重要的氣體；積極參加大氣中的許多化學過程；對有機物質的燃燒、腐敗和分解起著重要的作用。

臭氧（O3）：

時空變化：

時間變化：最大值出現在春季，最小值出現在夏季。

空間變化：水平：由赤道向兩極增加。垂直：

55～60km，含量極少。

20～25km，達最大值，形成臭氧層；

12～15km以上，含量增加特別顯著；從10km向上，逐漸增加；近地面，含量很少；

這幅地圖顯示的是臭氧洞。1986年，南極的臭氧量僅是30年前的一半。

1988年，曾發現北半球上空臭氧層已比20年前要薄百分之三。這種變化足以使皮膚癌的病例增加。

作用：

對紫外線有著極其重要的調控制作用。

對高層大氣有明顯的增溫作用。

二氧化碳（CO2）：

來源：

生物的呼吸、化石燃料的燃燒、有機物質的燃燒和分解、火山噴發作用等。

時空變化：

時間變化：

a)白天、晴天、夏季時的二氧化碳濃度小于黑夜、陰天、冬季。

b)工業革命前小于工業革命后。

空間變化：水平：城市大于農村；垂直：

0～20km，含量最高；

20km以上，含量顯著減少。

作用：

綠色植物進行光合作用不可缺少的原料。

強烈吸收長波輻射（地面輻射、大氣輻射），使地面保持較高的溫度，產生“溫室效應”。溫室效應模式圖二、水汽

來源：

主要來自江、河、湖、海、潮濕陸面的水分蒸發以及植物表面的蒸騰。

時間：夏季多于冬季

空間：一般低緯多于高緯，下層多于上層。

時空變化：

作用：

在天氣氣候變化中扮演了重要角色。

能強烈吸收地面放射的長波輻射并向地面和周圍大氣放出長波輻射，對大氣起著“溫室效應”。

在大氣中懸浮著的各種固體和液體微粒（包括氣溶膠粒子和大氣污染物質兩大部分）。三、大氣中的雜質

氣溶膠粒子：

定義：

分類：液體質粒、固體質粒

固體質粒的來源：

有機質數量較少，大多為植物花粉、微生物和細菌等；

大氣中沉降速率極小、尺度在10-4μm到100μm之間的固態和液態微粒。

無機質數量較多，主要來源于：塵粒、煙粒、海洋中浪花飛濺的鹽粒，流星飛逝后留下的灰燼，火山塵埃等。

作用：

吸收太陽輻射，使空氣溫度增高，但也削弱了到達地面的太陽輻射；

緩沖地面輻射冷卻，部分補償地面因長波有效輻射而失去的熱量；

降低大氣透明度，影響大氣能見度；

充當水汽凝結核，對云、霧及降水的形成有重要意義。

大氣中的污染物質：

定義：

由于人類活動或自然過程，使局部、甚至全球范圍的大氣成分發生對生物界有害的變化。

分布：

空間垂直：主要集中在3km以下的低層大氣中。水平：城市多，農村少；陸地多，海洋少；

時間：冬季多，夏季少；清晨和夜間多，午后少。

火山爆發、風吹揚沙和沙塵暴、雷擊森林失火等。

來源：

自然過程形成。

人為過程造成。

工業和交通上煤炭、石油、天然氣的使用，農業上化肥、農藥的噴施，生活上制冷采暖的排放與泄漏等。

二次污染物：

分類：

一次污染物：直接從污染源排出來的物質。

進入大氣的一次污染物互相作用或與大氣正常組分發生化學反應，以及在太陽輻射線的參與下引起光化學反應而產生的新的污染物。

危害第二節大氣的鉛直結構一、大氣的鉛直分層對流層平流層中間層熱成層散逸層電離層

對流層：

厚度變化空間：隨緯度增加，厚度降低。低緯地區：平均厚度為17～18km；中緯地區：平均為10～12km；高緯地區：平均為8～9km；時間：夏季大于冬季。

特點：

主要天氣現象均發生在此層。

溫度隨高度升高而降低。（平均高度每升高100m，氣溫下降0.65℃。）

空氣具有強烈的垂直運動和不規則的亂流運動。

氣象要素的水平分布不均勻。

分層：下層、中層、上層、對流層頂。

下層（摩擦層或行星邊界層）：0-2km

摩擦作用、對流運動和亂流運動最強烈；

在接近地面約30～50m高度以下的氣層稱為近地氣層，常有霧形成。

中層：2-6km

空氣運動以對流為主；

有中云和直展云出現，由云滴增大成雨滴的過程多在此層進行，因而是形成降水的重要氣層。

上層：6km至對流層頂

受地面影響更小，氣溫常在0℃以下，水汽含量少，各種云均由冰晶或過冷卻水滴組成。飛機飛行在此氣層常出現結冰現象。

在中、低緯度地帶，常出現風速等于或大于30m·s-1

的強風帶，即所謂高空急流。

對流層頂：對流層與平流層之間1-2km的過渡層

氣溫隨高度變化很小，甚至成為等溫狀態。

由低層上升而至的水汽和塵埃等多聚集在這里，使能見度惡化。

平流層：對流層頂～55km

25km以下，氣溫保持不變；25km以上，氣溫隨高度增加而顯著升高。

空氣運動以水平運動為主，無明顯的垂直運動。

水汽和塵埃含量極少，晴朗少云，大氣透明度好，氣流比較平穩，適宜于飛機航行。

中間層：平流層頂～85km

氣溫隨高度增加迅速下降，頂部氣溫可降至-83℃以下。

空氣有強烈的垂直運動，故又稱之為“高空對流層”。

熱成層(熱層、暖層、電離層)：中間層頂～800km

氣溫隨高度增加迅速上升。

空氣質點在太陽紫外輻射和宇宙高能粒子作用下，產生電離現象。

散逸層：

這一層中的大氣物質具有向星際空間散逸的特性，是大氣圈與星際空間的過渡地帶。二、大氣上界

根據大氣中極光出現的最大高度，大氣上界的高度為1,000～1,200km。

另一種是以大氣密度接近星際氣體密度的高度作為標準，大氣上界約在2,000～3,000km高度處。

第二節大氣的物理性質一、大氣的質量

假定大氣是均質的，以氣溫0℃時、45°N（或45°S）處、海平面上的大氣密度ρ0為標準（ρ0=1.293kg.m-3），則此時大氣厚度（Z0）經理論計算約為8,000m。于是單位截面積的大氣柱中空氣的質量為：m0=ρ0·Zo=1.293×8000=10344kg.m-2

假定條件下的大氣質量：據此推算，地球表面大氣的總質量大約有5×1015t。

ρz為Z高度處的大氣密度；ρ0為標準狀態下的大氣密度；Z0為均質大氣的高度，Z為對應于要計算ρz的高度。

大氣密度的計算公式：（2-1）

二、氣象要素

定義：表示大氣狀態和特征的物理量和物理現象。

內容：

日射、溫度、濕度、氣壓、風、云、降水、蒸發、能見度和天氣現象等。